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1 # 創新數
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2 # 帖木兒
階乘最初是定義在自然數域,n!=1*2*…*n。這個很好理解。搞數學的都喜歡擴張領域,那階乘!能不能推廣到自然數以外呢?
很顯然,階乘的實質很容易提煉出一個遞推公式:(n+1)!=(n+1)*n!
那麼把n=0代入,有1!=1*0!,這就是0!=1的由來。
當然當我們想繼續推廣時會發現負整數的階乘沒法定義,按上述遞推公式,負整數的階乘應該在±∞交錯。
但如果你以為數學家們就此止步了,呵呵…
【前方高能預警】!!!
尤拉(又是他!)首先開始考慮把階乘推廣到實數域乃至複數。出發點仍然是那個遞推公式:
F(x+1)=(x+1)*F(x),此外有F(0)=1。
如果只考慮初等函式自然是不太可能的,但作為一個“把微積分從嬰兒一手帶大”(伯努利語)的大神,尤拉的武器庫早就不是冷兵器時代。
其實這個可以作為大學生一個特別好的微積分延展學習。如果給出提示:用含引數x的積分式來定義F,利用分部積分來滿足遞推公式。聰明的數學專業學生就應該想到使用兩個經典函式:
- 以x為指數的冪函式積分(產生遞推因子x)。
- 還有自然常數的指函式(積分不動點)。
從而有機會自己想出下面的公式:
x!=F(x)=∫yˣe⁻ʸdy,對y從0到+∞積分。
不難證明這個積分式滿足階乘的遞推公式,而且可以推廣到整個實數域甚至複數域。而且很明顯,除了負整數積分不收斂之外,其它都有確定值。
0!=1.
由於以前沒有把階乘拓寬,高中數學書上只是作了硬性的規定。
其實,拓寬到負整數階乘以後,自然而然的就解釋了0的階乘等於1.
就是:
因為(-1)!=-1*-2*-3*-4*-5*...
0*(-1)!=1.
所以0!=1.
詳見《張氏數演奕》之《張氏階乘數》